JP3291785B2 - ブロック変換符号化データの伝送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディジタル画像信号
を小ブロックに分割し、ブロック毎に処理することによ
ってデータ量を圧縮するブロック変換符号の符号化デー
タを例えばディジタルＶＴＲによって記録／再生するの
に適用される伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタルビデオ信号を磁気テープ等の
記録媒体に記録する時には、その情報量が多いので、記
録／再生できる程度の伝送レイトを達成するために、高
能率符号化によって、ディジタルビデオ信号を圧縮する
のが普通である。高能率符号化としては、ディジタルビ
デオ信号を多数の小ブロックに分割し、ブロック毎に符
号化処理を行うＡＤＲＣ、ＤＣＴ（Discrete Cosine Tr
ansform)等が知られている。

【０００３】ＡＤＲＣは、例えば特開昭６１−１４４９
８９号公報に記載されているような、２次元ブロック内
に含まれる複数画素の最大値及び最小値により規定され
るダイナミックレンジを求め、このダイナミックレンジ
に適応した符号化を行う高能率符号化である。ＤＣＴ
は、ブロックの画素をコサイン変換し、変換で得られた
係数データを再量子化し、さらに、可変長符号化するも
のである。さらに、ブロック毎の平均値と、ブロック内
の画素の平均値に対する差をベクトル量子化する符号化
方法も提案されている。

【０００４】ブロック変換符号化で得られる符号化出力
は、固定長のデータ（ＡＤＲＣにおけるダイナミックレ
ンジＤＲおよび最小値ＭＩＮ、ＤＣＴにおける直流分）
と、可変長のデータ（ＡＤＲＣにおける量子化データ、
ＤＣＴにおける交流分）とからなる符号化出力が発生す
る。この符号化データが通常、同期ブロックの構成でも
って、伝送される。

【０００５】固定長のデータは、可変長データより重要
度が高く、伝送する時に、エラーに対する保護が強力と
されている。例えば重要語を複数回、記録したり、ＡＤ
ＲＣの重要語の複数のものの加算値を記録したりなされ
る。また、可変長データの場合には、エラーが発生する
と、コードの区切りが不明となる伝搬エラーが発生す
る。この可変長データの中でも、重要度が同じではな
く、ＡＤＲＣの場合であれば、量子化データの上位のビ
ットほど重要度が高く、ＤＣＴの場合であれば、交流分
の中でも、より低次のものの重要度が高い。

【０００６】従って、同期ブロック内に可変長データを
格納する時に、可変長データの中でも、重要度が高い成
分あるいはビットをそのブロックの重要語と同一の同期
ブロック内の固定の領域に格納することが提案されてい
る。その結果、シンクブロックを再生できれば、重要語
と可変長データの一部とからそのブロックの復元をある
程度可能としている。固定領域へのデータの格納時に、
エラーデータを周囲の正しいデータで補間することを容
易とするために、固定領域内のシャフリングを行うこと
が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、可変長デ
ータの一部を同期ブロック内の固定領域に格納し、ま
た、シャフリングを行っていても、エラーレートが非常
に悪い状態や、トラックの全体がヘッドクロッグで再生
できなくなる状態では、同期ブロック全体が再生できな
くなることが多い。その結果、復元画像の画質か劣化す
る問題があった。

【０００８】従って、この発明の目的は、可変長データ
の中で、重要度が高い一部のデータを同期ブロック内の
固定領域に格納する時に、より良好に再生可能としたブ
ロック変換符号化データの伝送装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、空間
的に近接する複数の画素からなるブロック毎に、伝送情
報量を圧縮するブロック符号化を行うことで生成された
符号化データであって、固定長データと、ブロック内の
各画素の位置に対応する可変長の量子化データを１ブロ
ック分集めてなる可変長データとからなる符号化データ
を同期ブロックのデータ構成でもって伝送するブロック
変換符号化データの伝送装置において、同期ブロックに
その位置と、その長さが固定の固定領域を設け、 各画素
の位置に対応する量子化データを、隣接する画素が異な
る組に含まれるように、複数の組のデータに分離し、 複
数の組のデータのそれぞれをビットプレーンに分割し、
複数の組のデータのそれぞれのビットプレーンのうち少
なくともＭＳＢのビットプレーンを互いに異なる同期ブ
ロックの固定領域に格納し、複数の組のデータのビット
プレーンの内で、ＭＳＢのビットプレーン以外のビット
プレーンは、固定領域以外の領域に配置し、 複数の組の
データの内の一つの組のＭＳＢのビットプレーンを同一
のブロックから生成された固定長データと同一の同期ブ
ロックの固定領域に格納することを特徴とするブロック
変換符号化データの伝送装置である。

【００１０】

【００１１】

【作用】同期ブロックの全体がエラーとなる場合に、そ
の同期ブロックに含まれるＡＤＲＣブロックの符号化デ
ータの可変長データの一部の半分が他の同期ブロックに
含まれる。従って、他の同期ブロックを再生できれば、
そのＡＤＲＣブロックの画像を復元することができる。
ＤＣＴの場合も同様に、交流分の低次の係数データを再
生できるので、復元画像の質を向上できる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明によるの一実施例について説
明する。図１は、この一実施例、すなわち、ディジタル
ＶＴＲの信号処理の概略的構成を示す。１で示す入力端
子からビデオ信号が供給され、Ａ／Ｄ変換器２によっ
て、１サンプルが例えば８ビットにディジタル化され
る。このＡ／Ｄ変換器２の出力データがブロック化回路
３に供給される。この実施例では、ブロック化回路３で
は、１フレームの有効領域が（４×４）画素、（８×
８）画素等の大きさのブロックに分割される。

【００１３】ブロック化回路３からのブロックの順序に
走査変換されたディジタルビデオ信号がシャフリング回
路４に供給される。シャフリング回路４では、例えばブ
ロックの単位で、シャフリングがなされる。シャフリン
グは、ブロックの空間的な位置をシャッフルするもので
ある。シャフリング回路４の出力がブロック符号化回路
５に供給される。ブロック符号化回路５は、ブロック毎
に画素データを圧縮符号化する。シャフリング回路４が
ブロック符号化回路５の後に設けられることもある。

【００１４】この一実施例では、ブロック符号化とし
て、可変長ＡＤＲＣを用いている。ブロック符号化回路
５では、各ブロックのダイナミックレンジＤＲと最小値
ＭＩＮとが検出され、最小値が除去されたビデオデータ
が量子化ステップで再量子化される。この場合の量子化
ビット数は、ダイナミックレンジＤＲに適応したものと
される。すなわち、ダイナミックレンジＤＲの大きいブ
ロックでは、大きい量子化ビット数を割当て、これが小
さいブロックでは、小さい量子化ビット数が割り当てら
れる。例えば０、１、２、３、４ビットの可変長符号化
がなされる。

【００１５】例えば割当てられた量子化ビット数が４ビ
ットの場合では、ダイナミックレンジＤＲを1/16とする
ことによって、量子化ステップΔが得られる。この量子
化ステップΔで、最小値が除去されたビデオデータが除
算され、商を切り捨てにより整数化した値が量子化デー
タとされる。ダイナミックレンジＤＲ、最小値ＭＩＮお
よび量子化データがブロック符号化回路５の出力データ
である。各ブロックに重要語として、ダイナミックレン
ジＤＲおよび最小値ＭＩＮが発生する。後述のように、
重要語に関しては、ｎブロックの重要語を集めて、加算
等の処理を行ない、エラーに対する保護を強力としてい
る。

【００１６】ブロック符号化回路５の出力データがフレ
ーミング回路６に供給される。フレーミング回路６は、
エラー訂正符号のパリティを発生するとともに、同期ブ
ロックが連続する構造の記録データを発生する。エラー
訂正符号としては、例えばデータのマトリクス状配列の
水平方向および垂直方向のそれぞれに対してエラー訂正
符号化を行う積符号を採用することができる。符号化デ
ータおよびパリティに対して、シンク（ＳＹＮＣ）ブロ
ック同期信号およびＩＤ信号が付加される。同期ブロッ
クが連続する記録データがチャンネル符号化回路７に供
給され、直流分を低減させるためのチャンネル符号化の
処理を受ける。

【００１７】チャンネル符号化回路７の出力データがビ
ットストリームに変換され、さらに記録アンプ８を介し
て回転ヘッドＨに供給され、記録データが磁気テープＴ
上に斜めのトラックとして記録される。通常、２以上の
回転ヘッドが使用されるが、簡単のために、一つのヘッ
ドのみが図示されている。

【００１８】磁気テープＴから回転ヘッドＨにより取り
出された再生データは、再生アンプ１１を介してチャン
ネル復号回路１２に供給され、チャンネル符号化の復号
がなされる。チャンネル復号回路１２の出力データがフ
レーム分解回路１３に供給され、記録データからの各種
のデータの分離とエラー訂正がなされる。フレーム分解
回路１３から発生する出力データには、再生データの他
にエラー訂正した後のエラーの有無を示すエラーフラグ
が含まれる。図１では、エラーフラグの伝送路が破線に
より示されている。

【００１９】フレーム分解回路１３の出力データが重要
語訂正回路１４に供給される。重要語訂正回路１４は、
エラーフラグによって、エラーであることが示される重
要語を訂正するものである。重要語訂正回路１４の出力
データがブロック復号回路１５に供給される。この復号
回路１５は、エラーでない重要語を使用してＡＤＲＣ復
号を行い、また、重要語がエラーのブロックに関して
は、重要語訂正回路１４において、訂正された重要語を
使用してＡＤＲＣの復号を行う。重要語訂正回路１４
は、エラーを訂正できない場合に、重要語を推定する機
能を有しているのが好ましい。

【００２０】ブロック復号回路１５では、例えばＡＤＲ
Ｃ復号の場合、割り当てられた量子化コードのビット数
を４ビットとする時に、各画素の復号値Ｌｉを発生す
る。この復号値Ｌｉは次式で表される。 Ｌｉ＝〔（ＤＲ／２⁴ ）×ｘｉ＋ＭＩＮ＋０．５〕 ＝〔Δ×ｘｉ＋ＭＩＮ＋０．５〕

【００２１】但し、ｘｉはコード信号の値、Δは量子化
ステップ、〔 〕はガウス記号である。上式の〔 〕内
の演算を例えばＲＯＭで実現し、最小値ＭＩＮの加算を
行う構成をブロック復号回路１５が有している。

【００２２】ブロック復号回路１５の復号データ、すな
わち、各画素と対応する復元データがディシャフリング
回路１６に供給される。この回路１６は、記録側のシャ
フリング回路４と相補的なもので、ブロックの空間的な
位置を元の位置に戻す処理を行う。ディシャフリング回
路１６の出力データがブロック分解回路１７に供給され
る。ブロック分解回路１７によって、データの順序がブ
ロックの順序からラスター走査の順序へ戻される。ブロ
ック分解回路１７の出力データがエラー修整回路１８に
供給される。エラー修整回路１８は、画素単位でエラー
であるデータを周辺の画素データで補間する。

【００２３】補間処理としては、空間的な補間回路と時
間方向の補間回路とが順次接続されたものを使用でき
る。空間的補間回路は、エラーフラグを参照し、補間し
ようとする注目画素がエラーのときに、周辺画素でこの
エラー画素を補間する。具体的には、周囲８点（上下、
左右の４点と斜めの４点）の画素のエラーフラグを見
て、最初に水平方向の補間、次に垂直方向の補間、さら
に次に斜め方向の補間、最後に隣の画素で単に置き換え
る補間の優先順序で補間を行なう。補間がなされると、
エラーフラグがリセットされる。この空間的補間回路で
補間できなかった画素データがこの時間方向補間回路で
補間される。時間方向補間回路は、エラーの画素と空間
的に同一位置の以前のフレームの画素データによって、
このエラーの画素を置き換えるものである。エラー修整
回路１８の出力データがＤ／Ａ変換器１９に供給され、
出力端子２０には、各画素と対応し、ラスター走査の順
序の復元データが得られる。

【００２４】上述のディジタルＶＴＲにおける重要語の
処理について、以下に説明する。第１の処理方法は、ｎ
個のブロックに関する重要語ＤＲｉ、ＭＩＮｉ（ｉ＝１
〜ｎ）の加算値ＤＲ−ＳＵＭｉ、ＭＩＮ−ＳＵＭｉを形
成し、この加算値を記録するものである。すなわち、 ＤＲ−ＳＵＭｊ＝ΣＤＲｉ ・・・(1) ＭＩＮ−ＳＵＭｊ＝ΣＭＩＮｉ・・・(2) ここで、Σは、ｉ＝１からｉ＝ｎのものを加算すること
を意味する。をそれぞれ生成し、ｎ個の重要語に加え
て、記録する。

【００２５】記録／再生の過程で発生するエラーによっ
て、ｋ番目のブロックのＤＲｋがエラーとなり、他の重
要語が正しい場合には、加算値ＤＲ−ＳＵＭｊからｋ番
目のＤＲｋを除くｎ−１個のダイナミックレンジＤＲの
加算値を減算することで正しいＤＲｋを求めることがで
きる。すなわち、 ＤＲｋ＝ＤＲ−ＳＵＭｊ−ΣＤＲｉ・・・(3) ここで、Σは、ｉ＝１からｉ＝ｎで、ｉ＝ｋを除いたＤ
Ｒｉの加算を意味する。このように、重要語の加算値が
正しく、１個の重要語（ＤＲｋ、ＭＩＮｋ）がエラーの
場合には、そのエラーを訂正することができる。

【００２６】図２は、フレーミング回路６における同期
ブロックの構成の一例を示す。同期ブロックの先頭に同
期信号が位置し、その後に可変長符号化の場合の量子化
ビット数規定するしきい値等の制御用データ等の識別あ
るいは制御用のＩＤ信号が挿入される。同期ブロックの
データ領域には、重要語の加算値ＳＵＭ、ダイナミック
レンジＤＲ、最小値ＭＩＮ、各画素と対応する可変長の
量子化データが配置される。

【００２７】このような構成の同期ブロックが複数並べ
られることによって２次元配列が形成される。図２にお
いて、破線は、一つの同期ブロックを示している。この
２次元配列の横（行）方向と縦（列）方向のそれぞれに
対して、エラー訂正符号化がなされる。横方向のデータ
から形成された冗長データが内符号パリティであり、縦
方向のデータから形成された冗長データがを外符号パリ
ティである。このエラー訂正符号化は、いわゆる積符号
である。

【００２８】一つの同期ブロック内のデータ構成の一例
を図３に示す。ここでは、簡単のために１同期ブロック
内に平均的に一つのＡＤＲＣブロックの符号化データが
格納されているものとする。各画素に関して発生した可
変長の量子化データが配される領域は、その最初の区間
にＡＤＲＣブロックの量子化データのＭＳＢ（最上位ビ
ット）が配置され、その後に、第２のＭＳＢ（最上位ビ
ットの次の上位ビット）が配置される。これらの区間
は、同期ブロック内の位置と、その長さが一定である意
味で、固定領域である。

【００２９】ＡＤＲＣブロックが（８×８）の大きさ
で、０、１、２、３または４ビット長（可変長）で符号
化データを発生する場合には、ＭＳＢの領域と第２のＭ
ＳＢの領域とがそれぞれ６４ビット長の固定領域とな
る。同期ブロックのデータ領域の残りの区間に、第３の
ビット等の他のビットプレーンのデータが配される。こ
の他のビットプレーンは、可変長符号化のために、その
前の固定領域に配されるＭＳＢ、第２ＭＳＢと異なるＡ
ＤＲＣブロックのデータであることが多い。

【００３０】図３の同期ブロックの構成は、可変長符号
化であっても、一つの同期ブロックを再生できれば、そ
の同期ブロック内のＡＤＲＣブロックを４値の画像とし
て復元できる。従って、変速再生時に連続的に同期ブロ
ックを得ることができない時にも、ある程度の内容が分
かる画像を再現できる。符号化データのどの位のビット
プレーンまでを固定のデータ領域に格納できるかは、圧
縮のレートによっている。この例は、ＡＤＲＣである
が、ＤＣＴの場合でも、低い次数の交流成分を同期ブロ
ック内に配する時にも、これらが固定のデータ領域に配
される。固定領域に配されるデータを固定領域データと
称する。

【００３１】図３のデータ構成において、可変長符号化
されたデータの固定領域データがエラーとなり、エラー
が伝搬することを抑えることが必要である。例えばバイ
ト単位のエラーの検出／訂正を行っているものとする
と、図３におけるＭＳＢの１バイトがエラーとなると、
そのＡＤＲＣブロックの８画素にエラーが伝搬する。こ
れを防止するために、元のＡＤＲＣブロックの画素位置
を考慮したシャフリングがなされることが提案されてい
る。その一つとして、図４に示すものがある。

【００３２】図４は、例えばＭＳＢが配置される固定領
域が８バイトであり、一つのＡＤＲＣブロック（８×
８）で発生した６４ビットのＭＳＢを第１から第８のど
のバイトに配するかを示している。すなわち、図４中の
数字は、その位置の画素と対応する量子化データのＭＳ
Ｂが配置されるバイト番号を意味している。この図４の
シャフリングは、五の目格子状の配列であって、ある画
素のＭＳＢがエラーである時には、その周辺の正しい画
素データでエラー画素を補間しようとするものである。
しかしながら、このシャフリングは、バーストエラー
や、エラーレートが非常に悪く、その結果、同期ブロッ
クの符号化データの殆ど全てがエラーとなる時には、そ
のＡＤＲＣブロックを復号できないばかりか、エラーの
修整もできない問題が発生する。

【００３３】そこで、この発明は、このような問題を解
決するために、固定領域データのシャフリングを改良す
るものである。図５は、この発明が適用されたシャフリ
ングの一例を示す。図４と同様に、一つのＡＤＲＣブロ
ック（８×８）の各画素を互いに五の目格子を構成する
ように、ＡとＢの二つに分ける。すなわち、Ａがエラー
の時には、その周囲のＢの画素でＡのエラーを補間で
き、その逆に、エラーのＢの画素を周囲のＡの画素で修
整できる。量子化データの固定領域に格納されるもの
（例えばＡＤＲＣのＭＳＢ）の一方（例えばＡ）をその
ブロックの重要語（ＤＲ、ＭＩＮ）を格納する同期ブロ
ックの固定領域に配し、その他方（Ｂ）を別の同期ブロ
ックの固定領域に配する。望ましくは、これらの同期ブ
ロックは、別のトラックとされる。

【００３４】図５のシャフリングによって、１トラック
の全体を再生できないようなバーストエラーが発生して
も、一つのＡＤＲＣブロックの半分の画素の固定領域デ
ータを得ることができる。そのＡＤＲＣブロックの重要
語と再生された半分の固定領域データとによって、その
ブロックを復号する。そのブロックの他のビットプレー
ンも再生されていれば、そのブロックを完全に復号でき
る。しかしながら、他のビットプレーンがたとえエラー
であっても、固定領域データを用いてそのブロックが復
号される。例えば固定領域データとして、ＭＳＢのみが
再生されている２ビット割当のＡＤＲＣブロックの場合
では、０．５ビットを付加して復号することで、レベル
分解能を生じさせることができる。

【００３５】可変速再生の時には、最悪でも、ＡＤＲＣ
ブロックの半分の画素に関して、固定領域データを得る
ことができ、空間的解像度が多少落ちるが、再生画像を
得ることができる。さらに、２以外の４本等の複数のト
ラックに、符号化データを記録する場合にも、この発明
は、適用できる。

【００３６】なお、以上の説明は、ＡＤＲＣの例を主と
して述べているが、ＤＣＴに対しても、この発明を適用
できる。ＡＤＲＣにおけるダイナミンクレンジ情報（重
要語）がＤＣＴにおける直流分に相当し、固定領域デー
タとしてのＭＳＢがＤＣＴにおける低い次数の交流係数
に相当する。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、ＡＤＲＣ量子化データの
固定領域データの配置がもとのＡＤＲＣブロックの画素
位置で五の目格子状になるように、二つに分離するとと
もに、一方をそのＡＤＲＣブロックの重要語を格納する
同期ブロックの固定領域に格納し、その他方を別の同期
ブロックに格納することによって、１トラックが殆ど再
生できないようなバーストエラーが発生しても、ＡＤＲ
Ｃブロックの半分の画素の固定領域データが再生され
る。従って、再生された重要語と半分の画素の固定領域
データとによって、ＡＤＲＣ復号を行うことができる。

【００３８】なお、ＡＤＲＣブロックを最初から五の目
格子で分離し、その後、ブロック符号化する方法も考え
られるが、その方法と比して、この発明は、空間的な相
関がより強い画素からなるブロックで符号化を行うの
で、圧縮の効率が良い利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を適用できるディジタルＶＴＲの記録
／再生回路の構成を示すブロック図である。

【図２】この発明の一実施例におけるフレーミングの一
例の略線図である。

【図３】この発明の一実施例における同期ブロックのデ
ータ構成を示す略線図である。

【図４】固定領域データのシャフリングの一例を示す略
線図である。

【図５】この発明による固定略線図データのシャフリン
グの例を示す略線図である。

【符号の説明】

５ ブロック符号化回路 ６ フレーミング回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢田 敦雄 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−188980（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空間的に近接する複数の画素からなるブ
   ロック毎に、伝送情報量を圧縮するブロック符号化を行
   うことで生成された符号化データであって、固定長デー
   タと、ブロック内の各画素の位置に対応する可変長の量
   子化データを１ブロック分集めてなる可変長データとか
   らなる符号化データを同期ブロックのデータ構成でもっ
   て伝送するブロック変換符号化データの伝送装置におい
   て、上記同期ブロックにその位置と、その長さが固定の固定
   領域を設け、 上記各画素の位置に対応する量子化データを、隣接する
   画素が異なる組に含まれるように、複数の組のデータに
   分離し、 上記複数の組のデータのそれぞれをビットプレーンに分
   割し、 上記複数の組のデータのそれぞれのビットプレーン のう
   ち少なくともＭＳＢのビットプレーンを互いに異なる上
   記同期ブロックの上記固定領域に格納し、複数の組のデ
   ータのビットプレーンの内で、上記ＭＳＢのビットプレ
   ーン以外のビットプレーンは、上記固定領域以外の領域
   に配置し、 上記複数の組のデータの内の一つの組の上記ＭＳＢのビ
   ットプレーンを同一の上記ブロックから生成された上記
   固定長データと同一の上記同期ブロックの上記固定領域
   に格納する ことを特徴とするブロック変換符号化データ
   の伝送装置。